package Verify;

import java.util.Arrays;

public class SMS4 {
	private static final int ENCRYPT = 1;   //定义全局静态变量 ENCRYPT，作为加密的标志
	private static final int DECRYPT = 0;	//定义全局静态变量DECRYPT，作为解密的标志
	public static final int ROUND = 32;     //SM4加密算法与秘钥可扩展算法需要进行32轮非线性迭代结构
	private static final int BLOCK = 16;    //定义全局静态变量BLOCK，作为明文块个数的计数
	
  /*******************************
   * 说明：SM4 算法的S盒
   *******************************/
	private byte[] Sbox = {

		    (byte) 0xd6, (byte) 0x90, (byte) 0xe9, (byte) 0xfe, (byte) 0xcc, (byte) 0xe1, 0x3d, (byte) 0xb7, 0x16,
	        (byte) 0xb6, 0x14, (byte) 0xc2, 0x28, (byte) 0xfb, 0x2c, 0x05,
	        0x2b, 0x67, (byte) 0x9a, 0x76, 0x2a, (byte) 0xbe,0x04, (byte) 0xc3, (byte) 0xaa, 0x44, 0x13, 0x26, 0x49,
			(byte) 0x86, 0x06, (byte) 0x99,

			(byte) 0x9c, 0x42, 0x50, (byte) 0xf4, (byte) 0x91, (byte) 0xef, (byte) 0x98, 0x7a, 0x33, 0x54, 0x0b, 0x43,
			(byte) 0xed, (byte) 0xcf, (byte) 0xac, 0x62,

			(byte) 0xe4, (byte) 0xb3, 0x1c, (byte) 0xa9, (byte) 0xc9, 0x08, (byte) 0xe8, (byte) 0x95, (byte) 0x80,
			(byte) 0xdf, (byte) 0x94, (byte) 0xfa, 0x75, (byte) 0x8f, 0x3f, (byte) 0xa6,

			0x47, 0x07, (byte) 0xa7, (byte) 0xfc, (byte) 0xf3, 0x73, 0x17, (byte) 0xba, (byte) 0x83, 0x59, 0x3c, 0x19,
			(byte) 0xe6, (byte) 0x85, 0x4f, (byte) 0xa8,

			0x68, 0x6b, (byte) 0x81, (byte) 0xb2, 0x71, 0x64, (byte) 0xda, (byte) 0x8b, (byte) 0xf8, (byte) 0xeb, 0x0f,
			0x4b, 0x70, 0x56, (byte) 0x9d, 0x35,

			0x1e, 0x24, 0x0e, 0x5e, 0x63, 0x58, (byte) 0xd1, (byte) 0xa2, 0x25, 0x22, 0x7c, 0x3b, 0x01, 0x21, 0x78,
			(byte) 0x87,

			(byte) 0xd4, 0x00, 0x46, 0x57, (byte) 0x9f, (byte) 0xd3, 0x27, 0x52, 0x4c, 0x36, 0x02, (byte) 0xe7,
			(byte) 0xa0, (byte) 0xc4, (byte) 0xc8, (byte) 0x9e,

			(byte) 0xea, (byte) 0xbf, (byte) 0x8a, (byte) 0xd2, 0x40, (byte) 0xc7, 0x38, (byte) 0xb5, (byte) 0xa3,
			(byte) 0xf7, (byte) 0xf2, (byte) 0xce, (byte) 0xf9, 0x61, 0x15, (byte) 0xa1,

			(byte) 0xe0, (byte) 0xae, 0x5d, (byte) 0xa4, (byte) 0x9b, 0x34, 0x1a, 0x55, (byte) 0xad, (byte) 0x93, 0x32,
			0x30, (byte) 0xf5, (byte) 0x8c, (byte) 0xb1, (byte) 0xe3,

			0x1d, (byte) 0xf6, (byte) 0xe2, 0x2e, (byte) 0x82, 0x66, (byte) 0xca, 0x60, (byte) 0xc0, 0x29, 0x23,
			(byte) 0xab, 0x0d, 0x53, 0x4e, 0x6f,

			(byte) 0xd5, (byte) 0xdb, 0x37, 0x45, (byte) 0xde, (byte) 0xfd, (byte) 0x8e, 0x2f, 0x03, (byte) 0xff, 0x6a,
			0x72, 0x6d, 0x6c, 0x5b, 0x51,

			(byte) 0x8d, 0x1b, (byte) 0xaf, (byte) 0x92, (byte) 0xbb, (byte) 0xdd, (byte) 0xbc, 0x7f, 0x11, (byte) 0xd9,
			0x5c, 0x41, 0x1f, 0x10, 0x5a, (byte) 0xd8,

			0x0a, (byte) 0xc1, 0x31, (byte) 0x88, (byte) 0xa5, (byte) 0xcd, 0x7b, (byte) 0xbd, 0x2d, 0x74, (byte) 0xd0,
			0x12, (byte) 0xb8, (byte) 0xe5, (byte) 0xb4, (byte) 0xb0,

			(byte) 0x89, 0x69, (byte) 0x97, 0x4a, 0x0c, (byte) 0x96, 0x77, 0x7e, 0x65, (byte) 0xb9, (byte) 0xf1, 0x09,
			(byte) 0xc5, 0x6e, (byte) 0xc6, (byte) 0x84,

			0x18, (byte) 0xf0, 0x7d, (byte) 0xec, 0x3a, (byte) 0xdc, 0x4d, 0x20, 0x79, (byte) 0xee, 0x5f, 0x3e,
			(byte) 0xd7, (byte) 0xcb, 0x39, 0x48

	};
   /*****************************
    * 固定参数CKi的取值
    *****************************/
	private int[] CK = {

			0x00070e15, 0x1c232a31, 0x383f464d, 0x545b6269,

			0x70777e85, 0x8c939aa1, 0xa8afb6bd, 0xc4cbd2d9,

			0xe0e7eef5, 0xfc030a11, 0x181f262d, 0x343b4249,

			0x50575e65, 0x6c737a81, 0x888f969d, 0xa4abb2b9,

			0xc0c7ced5, 0xdce3eaf1, 0xf8ff060d, 0x141b2229,

			0x30373e45, 0x4c535a61, 0x686f767d, 0x848b9299,

			0xa0a7aeb5, 0xbcc3cad1, 0xd8dfe6ed, 0xf4fb0209,

			0x10171e25, 0x2c333a41, 0x484f565d, 0x646b7279

	};
   /****************************
     * 功能说明：实现对操作数x的循环左移y位功能
     * 备       注：JAVA中的三个位移运算操作符说明
     *         <<  --左操作数按位左移，右操作数指定移动的位数
     *         >>  --左操作数按位右移，右操作数指定移动的位数
     *         >>> --左操作数按位右移右操作数指定的位数，左边空出位用0填充
     * 参数说明：int x  要进行循环移位的操作数
     * 	      int y  要进行循环移位的位数
     ****************************/
	private int Rotl(int x,int y)
	    {
	        return x<<y|x>>>(32-y);
	    }
     /********************************
      * 功能说明：实现非线性变换
      * 备        注：在SM4中的非线性变换是由4个并行的S盒代替构成，为固定的8bit输入与8bit输出的替代，记为Sbox()
      * 参数说明： int A     32bit的操作数
      ********************************/
	private int ByteSub(int A){

	        return (Sbox[A>>>24&0xFF]&0xFF)<<24|(Sbox[A>>>16&0xFF]&0xFF)<<16|(Sbox[A>>>8&0xFF]&0xFF)<<8|(Sbox[A&0xFF]&0xFF);

	 }
	/*********************************
	 * 功能说明：实现线性变换L操作
	 * 备        注：将非线性变换的输出作为线性变换的输入，并且将输入与该输入的循环左移2bit位、循环左移10bit位、循环左移18bit
	 *        位、循环左移24bit位进行异或运算，之后输出32bit的线性变换结果
	 * 参数说明： int B      32bit的操作数(来自非线性变换的操作结果)
	 *********************************/
	private int L1(int B)
	    {
	        return B^Rotl(B,2)^Rotl(B,10)^Rotl(B,18)^Rotl(B,24);
	    //  return B^(B<<2|B>>>30)^(B<<10|B>>>22)^(B<<18|B>>>14)^(B<<24|B>>>8);
	        
	    }
	/*******************************
	 * 功能说明：将操作数B与B的循环左移13位、循环左移23位做异或运算
	 * 备       注：此处调用的Rot1（）功能函数实现循环移位操作
	 * 参数说明： int B   来自轮密码扩展中4个S盒的结果
	 ******************************/
	private int L2 (int B)
	    {
	        return B^Rotl(B,13)^Rotl(B,23);
	    //  return B^(B<<13|B>>>19)^(B<<23|B>>>9);
	    }
	/********************************
	 * 功能说明：秘钥扩展
	 * 参数说明： Key    		加密秘钥（初始秘钥128bit）
	 * 		  rk			 轮子秘钥
	 *		  CryptFlag		进行加密、解密操作的flag标志，当flag为1时为加密操作，当flag为0时进行解密操作
	 *************************************/
	private void SMS4KeyExt(byte[] Key, int[] rk, int CryptFlag) {
		int r, mid;
		int[] x = new int[4];     
		int[] tmp = new int[4];    
		for (int i = 0; i < 4; i++) {
			//使用下面的语句，实现对初始秘钥的分组（分为4组,每组128/4=32bit）
			tmp[0] = Key[0 + 4 * i] & 0xFF;

			tmp[1] = Key[1 + 4 * i] & 0xff;

			tmp[2] = Key[2 + 4 * i] & 0xff;

			tmp[3] = Key[3 + 4 * i] & 0xff;
			
			x[i] = tmp[0] << 24 | tmp[1] << 16 | tmp[2] << 8 | tmp[3];

			// x[i]=Key[0+4*i]<<24|Key[1+4*i]<<16|Key[2+4*i]<<8|Key[3+4*i];
		}
		/*******************************
		 * 系统参数FK的取值（取值固定）
		 *******************************/
		x[0] ^= 0xa3b1bac6;			//Key (0)与FK（0）异或运算之后的结果
		x[1] ^= 0x56aa3350;			//Key (1)与FK（1）异或运算之后的结果
		x[2] ^= 0x677d9197;			//Key (2)与FK（2）异或运算之后的结果
		x[3] ^= 0xb27022dc;			//Key (3)与FK（3）异或运算之后的结果
		for (r = 0; r < 32; r += 4) {
			//实现K(r+1)、K(r+2)、K(r+3)与CK(i)的异或运算操作
			mid = x[1] ^ x[2] ^ x[3] ^ CK[r + 0];  
			//调用函数ByteSub实现S盒置换
			mid = ByteSub(mid);	
			// 将变换之后的结果与自身的循环左移13、23位做异或运算
			rk[r + 0] = x[0] ^= L2(mid);  // rk0=K4      原因： rk(i)=K(i+4)
			
			
			//下面的操作与以上雷同
			mid = x[2] ^ x[3] ^ x[0] ^ CK[r + 1];
			mid = ByteSub(mid);
			rk[r + 1] = x[1] ^= L2(mid); // rk1=K5
			
			mid = x[3] ^ x[0] ^ x[1] ^ CK[r + 2];
			mid = ByteSub(mid);
			rk[r + 2] = x[2] ^= L2(mid); // rk2=K6
			
			
			mid = x[0] ^ x[1] ^ x[2] ^ CK[r + 3];
			mid = ByteSub(mid);
			rk[r + 3] = x[3] ^= L2(mid); // rk3=K7
		}
		//CryptFlag为1时进行加密操作，CryptFlag为0时进行解密操作
		// 解密时轮密钥使用顺序：rk31,rk30,...,rk0，下面主要实现对上面生成的轮子秘钥的逆序作用
		if (CryptFlag == DECRYPT) {
			for (r = 0; r < 16; r++) {
				mid = rk[r];

				rk[r] = rk[31 - r];

				rk[31 - r] = mid;
			}
		}
	}
	/*********************************
	 * 功能说明：实现加密子秘钥的输出
	 * 参数说明：  MK    初始秘钥
	 * 		   
	 *********************************/
	public void  show_keyExtend(byte[] MK,int flag ) {
		int[] rk=new int [32];
		SMS4KeyExt( MK,rk,flag);        //调用秘钥扩展算法实现子秘钥的十六进制输出
		for (int i = 0; i < 32; i++) {
			System.out.println(Integer.toHexString(rk[i]) + "\t");
		}
	}
	/**********************************
	* 功能说明：SM4加密算法实现
	* 参数说明：Input      输入的明文
	* 		 Output     待输出的密文
	* 		 rk         轮密钥
    ***********************************/
	void SMS4Crypt(byte[] Input, byte[] Output, int[] rk) {
		int r, mid;
		int[] x = new int[4];
		int[] tmp = new int[4];
		for (int i = 0; i < 4; i++) {
			tmp[0] = Input[0 + 4 * i] & 0xff;
			tmp[1] = Input[1 + 4 * i] & 0xff;
			tmp[2] = Input[2 + 4 * i] & 0xff;
			tmp[3] = Input[3 + 4 * i] & 0xff;
			x[i] = tmp[0] << 24 | tmp[1] << 16 | tmp[2] << 8 | tmp[3];
			// x[i]=(Input[0+4*i]<<24|Input[1+4*i]<<16|Input[2+4*i]<<8|Input[3+4*i]);
		}
		/**************************************
		 * 进行32轮的加密变换操作
		 **************************************/
		for (r = 0; r < 32; r += 4) {
			mid = x[1] ^ x[2] ^ x[3] ^ rk[r + 0];//X（r+1）、X（r+2）、X（r+3）与轮密钥进行异或运算
			mid = ByteSub(mid);					//S盒置换
			x[0] = x[0] ^ L1(mid); // x4		//线性变换L
			
			//下面的内容操作类似
			mid = x[2] ^ x[3] ^ x[0] ^ rk[r + 1];
			mid = ByteSub(mid);
			x[1] = x[1] ^ L1(mid); // x5

			mid = x[3] ^ x[0] ^ x[1] ^ rk[r + 2];
			mid = ByteSub(mid);
			x[2] = x[2] ^ L1(mid); // x6

			mid = x[0] ^ x[1] ^ x[2] ^ rk[r + 3];
			mid = ByteSub(mid);
			x[3] = x[3] ^ L1(mid); // x7
		}
		// Reverse
		/*******************
		 * 反序变换（输出128bit的密文）
		 *******************/
		for (int j = 0; j < 16; j += 4) {
			Output[j    ] = (byte) (x[3 - j / 4] >>> 24 & 0xFF);
			Output[j + 1] = (byte) (x[3 - j / 4] >>> 16 & 0xFF);
			Output[j + 2] = (byte) (x[3 - j / 4] >>> 8 & 0xFF);
			Output[j + 3] = (byte) (x[3 - j / 4] & 0xFF);
		}
	}
	/*****************************************
	 * 功能说明：实现第一轮S盒置换输出、线性输出、X[0]的值
	 * 参数说明：
	 ******************************************/
	void show(byte[] Input, byte[] Key, int CryptFlag) {
		int mid;
		int[] x = new int[4];
		int[] tmp = new int[4];
		int[] rk=new int[32];
		
		SMS4KeyExt(Key, rk, CryptFlag);
		
		//先对输入的128bit的明文进行分组，分为4组，每组32bit
		for (int i = 0; i < 4; i++) {
			tmp[0] = Input[0 + 4 * i] & 0xff;
			tmp[1] = Input[1 + 4 * i] & 0xff;
			tmp[2] = Input[2 + 4 * i] & 0xff;
			tmp[3] = Input[3 + 4 * i] & 0xff;
			x[i] = tmp[0] << 24 | tmp[1] << 16 | tmp[2] << 8 | tmp[3];
			// x[i]=(Input[0+4*i]<<24|Input[1+4*i]<<16|Input[2+4*i]<<8|Input[3+4*i]);
		}
		/**************************************
		 * 进行第一轮的加密变换操作
		 **************************************/
		mid = x[1] ^ x[2] ^ x[3] ^ rk[ 0];//X（r+1）、X（r+2）、X（r+3）与轮密钥进行异或运算
		mid = ByteSub(mid);					//S盒置换
		System.out.println("S盒置换结果："+Integer.toHexString(mid));
		x[0] = x[0] ^ L1(mid); // x4		//线性变换L
		System.out.println("线性变换结果："+Integer.toHexString(x[0]));
			
		
		//下面的内容操作类似
		mid = x[2] ^ x[3] ^ x[0] ^ rk[ 1];
		mid = ByteSub(mid);
		System.out.println("S盒置换结果："+Integer.toHexString(mid));
		x[1] = x[1] ^ L1(mid); // x5
		System.out.println("线性变换结果："+Integer.toHexString(x[1]));
		
		
		mid = x[3] ^ x[0] ^ x[1] ^ rk[ 2];
		mid = ByteSub(mid);
		System.out.println("S盒置换结果："+Integer.toHexString(mid));
		x[2] = x[2] ^ L1(mid); // x6
		System.out.println("线性变换结果："+Integer.toHexString(x[2]));
		
		
		mid = x[0] ^ x[1] ^ x[2] ^ rk[3];
		mid = ByteSub(mid);
		System.out.println("S盒置换结果："+Integer.toHexString(mid));
		x[3] = x[3] ^ L1(mid); // x7
		System.out.println("线性变换结果："+Integer.toHexString(x[3]));
		
		System.out.println("X[i]的值：");
		System.out.println("X[0]:"+Integer.toHexString(x[0]));
		System.out.println("X[1]:"+Integer.toHexString(x[1]));
		System.out.println("X[2]:"+Integer.toHexString(x[2]));
		System.out.println("X[3]:"+Integer.toHexString(x[3]));
	
	}
     /*****************************
	 *功能说明：实现SM4的加密、解密运算总分支操作
	 * in              输入明文
	 * inLen			     明文十六进制表示的个数
	 * key			     加密秘钥
	 * out			     定义的长度为16的字节数组，用来存储加密之后的密文
	 * CryptFlag		    进行加密、解密操作的flag标志，当flag为1时为加密操作，当flag为0时进行解密操作
	 *****************************/
	public int sms4(byte[] in, int inLen, byte[] key, byte[] out, int CryptFlag) {
		int point = 0;
		int[] round_key = new int[ROUND]; //初始化一个轮密钥存放数组（一共32轮，所以大小为32），用来存储轮密钥
	   // int[] round_key={0};
		SMS4KeyExt(key, round_key, CryptFlag);//调用密钥扩展算法，生成轮子秘钥，当CryptFlag为1时为加密
											  //操作的轮子秘钥，当CryptFlag为0时为解密操作的轮子秘钥
		
		byte[] input = new byte[16];		  //初始化一个数组，用来存放输入的明文
		byte[] output = new byte[16];		  //初始化一个数组，用来存放加密后的密文
		while (inLen >= BLOCK) {
			//从待加密的明文数组拷贝明文到数组input中
			input = Arrays.copyOfRange(in, point, point + 16); 
			// output=Arrays.copyOfRange(out, point, point+16);
			SMS4Crypt(input, output, round_key);  //SM4加密、解密操作，对于具体是加密还是解密取决于
												//CryptFlag的值
			System.arraycopy(output, 0, out, point, BLOCK);
			inLen -= BLOCK;
			point += BLOCK;
		}
		return 0;
	}
}
